Rancang Bangun Alat Pengkondisi Udara Pada Ruangan Menggunakan Sensor CO dan Temperatur

Transkripsi

1 Rancang Bangun Alat Pengkondisi Udara Pada Ruangan Menggunakan Sensor CO dan Temperatur R.F. Talumewo, S.R.U.A. Sompie, D.J. Mamahit, B.S. Narasiang, Jurusan Teknik Elektro-FT, UNSRAT, Manado-95115, Abstrak - Perkembangan penggunaan rokok saat ini sudah semakin pesat, dimana rokok sudah dianggap biasa oleh masyarakat. Pada ruangan tertutup juga banyak orang yang merokok, padahal dalam asap rokok terdapat kandungankandungan gas yang dapat mengganggu kesehatan manusia. Untuk membuat kenyamanan dalam suatu ruangan, maka di buatlah alat yang bisa mengkondisikan ruangan terhadap asap rokok dan suhu. Untuk mendeteksi asap rokok di gunakan sensor TGS 2600, dimana sensor ini bisa mendeteksi berbagai senyawa kimia gas polutan, seperti CO 2, H 2, CH 4, CO, HCN. Dan untuk mendeteksi suhu pada ruangan digunakan sensor LM35. Keluaran dari kedua sensor tersebut berupa fan. Dalam sistem ini yang menjadi pengendali adalah mikrokontroler ATMega 16. Untuk mengkondisikan ruangan terhadap asap rokok dan suhu, waktu yang di butuhkan tidak terlalu lama, sehingga kenyamanan dalam suatu ruangan bisa terjaga dengan baik. Kata kunci : sensor TGS 2600, Sensor LM 35, asap rokok, suhu banyak hasil pembakaran tembakau dibandingkan pada asap utama. Asap ini mengandung Karbon Monoksida 5 kali lebih besar, Tar dan Nikotin 3 kali lipat, Amonia 46 kali lipat, Nikel 3 kali lipat, dan Nitrosamina (zat penimbul kanker) yang kadarnya mencapai 50 kali lebih besar pada asap sampingan dibanding dengan kadar pada asap utama. Demikian juga zatzat racun lainnya dengan kadar yang lebih tinggi terdapat pada asap sampingan. Salah satu cara untuk mengurangi asap rokok agar tidak mengganggu orang lain yang tidak merokok, terutama dalam ruangan yang tidak memiliki area khusus untuk merokok, dibuatlah suatu alat yang dapat membantu mengontrol udara dalam ruangan terhadap polusi asap rokok. Alat ini diharapkan dapat mengatasi solusi tentang masalah polusi asap rokok yang terdapat dalam suatu ruangan. Dan alat ini juga dapat mengkondisikan suhu pada suatu ruangan. 1 I. PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan zaman dan perkembangan teknologi yang semakin pesat. Kebutuhan masyarakat akan perangkat-perangkat rumah tangga kini semakin meningkat, maka terciptalah begitu banyak perangkat dengan teknologi yang begitu inovatif sebagai penunjang kebutuhan masyarakat itu sendiri. Sekarang ini konsumsi rokok oleh msyarakat semakin pesat, dimana hampir di semua tempat kita menemui orang yang mengonsumsi rokok. Kondisi pencemaran udara karena asap rokok akan berpengaruh bagi kesehatan manusia. Pengaruh yang paling utama berupa penularan penyakit bersifat airborne diseases (penyakit yang ditularkan melalui udara). Pencemaran udara ini akan berpengaruh terhadap kesehatan manusia. Di Indonesia, perokok relative bebas mengisap rokok dimana saja. Kawasan bebas rokok di negeri ini masih amat minim, itupun masih mungkin di langgar karena sanksinya bisa dikatakan tidak ada. Sebagian perokok tidak memahami sikap toleransi pada ketidaknyamanan perokok pasif yang terpaksa mengisap asap rokok. Perokok pasif harus mencium bau bakaran tembakau sampai merasa sesak napas. Bahkan, pada sebagian perokok pasif yang sensitif akan langsung batuk-batuk saat itu juga. Analisis WHO (World Health Organization), badan organisasi kesehatan dunia menunjukan bahwa efek buruk asap rokok lebih besar bagi perokok pasif dibandingkan perokok aktif. Ketika perokok membakar sebatang rokok dan menghisapnya, asap yang dihisap oleh perokok disebut asap utama (mainstream) dan asap yang keluar dari ujung rokok (bagian yang terbakar) dinamakan asap sampingan (side steam). Asap sampingan ini terbukti mengandung lebih II. LANDASAN TEORI A. Asap Rokok Asap rokok mengandung ribuan bahan kimia beracun dan bahan-bahan yang dapat menimbulkan kanker (karsinogen). Bahan berbahaya dan racun dalam rokok tidak hanya mengakibatkan gangguan kesehatan pada orang yang merokok (perokok aktif), namun juga pada orang-orang disekitarnya yang tidak merokok (perokok pasif). Perokok pasif mempunyai resiko lebih tinggi untuk menderita kanker paruparu dan penyakit jantung. Zat-zat berbahaya dalam sebatang rokok dapat dilihat pada gambar 1. Ada dua macam asap rokok yang mengganggu kesehatan, yaitu asap utama (main stream) dan asap sampingan (side stream). Asap utama (main stream) adalah asap yang dihisap oleh si perokok. Asap sampingan (side stream) adalah asap yang merupakan pembakaran dari ujung rokok yang kemudian menyebar ke udara. Asap sampingan memiliki konsentrasi yang lebih tinggi, karena tidak melalui proses penyaringan yang cukup, dengan demikian pengisap asap sampingan memiliki resiko yang lebih tinggi untuk menderita gangguan kesehatan akibat rokok (Basha, Adnil, 2004:12) B. Temperatur Udara Indonesia merupakan negara yang memiliki iklim tropis lembab, temperatur udaranya rata-rata cukup tinggi, yaitu berkisar antara 27 o C-32 o C. Kenyamanan termal untuk daerah tropis lembab dapat dicapai dengan batas-batas 24 o C-26 o C dengan kelembaban 40%-60%. Pada umumnya orang merasa nyaman pada temperatur ruangan sekitar 29 o C dan mulai tidak nyaman pada temperatur di atas 32 o C. Namun nilai ini tidak mutlak karena setiap orang memiliki ketahanan dan

2 2 Gambar 1 Kandungan zat-zat Berbahaya dalam Asap Rokok Gambar 2 Bentuk Fisik TGS 2600 kemampuan adaptasi tubuh yang berbeda-beda (Satwiko, 2004:28).. Temperatur udara dalam ruangan tidak selalu tetap, melainkan dapat mengalami penurunan atau peningkatan. Faktor-faktor yang menyebabkan meningkatnya temperatur ruangan yaitu: 1. Faktor dari luar seperti pengaruh panas matahari. 2. Faktor dari dalam antara lain: lampu-lampu, peralatan-peralatan yang dioperasikan serta jumlah penghuni dan jenis aktifitasnya C. Sensor TGS 2600 Sensor adalah suatu piranti yang mengubah suatu besaran (Isyarat/energi) fisik menjadi besaran fisik lain, yang dalam hal ini pengubahan ke bentuk besaran elektrik. Pada sistem ini digunakan sensor gas yaitu sensor gas Figaro TGS2600. Sensor ini mendeteksi senyawa kimia gas polutan, seperti CO 2, H 2, CH 4, CO, HCN dan lain-lain. Sensor tersebut dibuat dari plat baja nikel, kepala penutupnya terbuat dari plat baja NiCu. Bentuk fisik dari sensor TGS 2600 dapat dilihat pada gambar 2. Rangkaian dasar sensor gas disajikan pada gambar 3. Tegangan (Vc) digunakan memberi energi elemen sensor yang mempunyai hambatan (Rs) antara dua elektroda sensor dan terhubung secara serial dengan resistor (RL). Sinyal sensor diukur secara tidak langsung melalui perubahan tegangan yang melewati hambatan RL Sensor ini mempunyai nilai hambatan Rs yang akan berubah bila terkena gas dan juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar. Tegangan pada hambatan RL diambil sebagai masukan untuk mikroprosesor. Nilai hambatan RL dipilih agar konsumsi daya Daya pada sensor bernilai di bawah batas 15 miliwatt. D. Sensor LM35 LM35 adalah sensor suhu berskala celsius yang presisi, dimana tegangan keluarannya berbanding linier dengan derajat celsius. LM35 tidak memerlukan kalibrasi eksternal dari keluarannya untuk mendapatkan skala derajat celsius yang sesuai. LM35 mudah diaplikasikan dengan antarmuka karena impedansi keluarannya yang rendah dan keluarannya linier. a Struktur Sensor TGS 2600 b Rangkaian Sensor TGS 2600 Gambar 3 Rangkaian Dasar Sensor Gas TGS 2600 Karena LM35 hanya menarik arus 60 µa dari catu daya, maka pemanasan dirinya rendah, kurang dari 0.1 o C pada udara yang diam. LM35 mempunyai rentang sensing suhu dari 0 o C sampai +100 o C. LM35 mudah untuk digunakan, sama dengan sensor suhu lainnya yang dikemas menjadi rangkaian terintegrasi. LM35 dapat direkatkan atau di-cor pada permukaan dan suhunya hanya sekitar 0.01 o C dari permukaan. Ini menunjukkan bahwa suhu udara lingkungan hampir sama dengan suhu permukaan; jika suhu udara jauh lebih tinggi atau lebih rendah dari permukaan, suhu sebenarnya dari IC LM35 akan berada pada rata-rata diantara suhu permukaan dan suhu udara, bentuk fisik dari sensor LM 35 dapat dilihat pada gambar 4.. Hal ini dikarenakan kemasan plastik TO-92, namun kawat tembaga adalah jalur termal sebenarnya yang menyalurkan kalor ke dalam IC, sehingga suhunya lebih dekat dengan suhu udara dibandingkan suhu permukaan. Untuk meminimalisir masalah ini, pastikan pengawatan LM35, dijaga pada suhu yang sama dengan suhu yang diinginkan. Cara paling mudah untuk melakukan ini adalah dengan menutupi kawat ini dengan epoxy yang akan memastikan kawat dan terminal IC berada pada suhu yang sama dengan permukaan yang diinginkan, dan suhu IC LM35 tidak akan dipengaruhi oleh suhu udara. Fitur-fitur dari LM35 antara lain: Terkalibrasi langsung dalam skala derajat Celsius Faktor skala linier mv/ o C

3 3 LCD Elemen peltier Sisi dingin Gambar 4 Sensor Suhu LM 35 DZ Sensor Suhu Mikrokon Driver Fan FAN DC 1 troler Sensor Asap Driver Fan FAN DC 2 Gambar 6. Diagram Blok Rangkaian Gambar 5 DI Smart AVR Atmega 16 Mikrokontroler berfungsi sebagai pusat pengolahan data dan pengendali bagi perangkat lain seperti sensor. Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard s Risc Processor) standar memilki arsitektur 8 bit, semua instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing), AVR dapat dikelompokan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATTINY, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, pheripheral, dan fungsinya. Akurasi dijamin pada 0.5 o C Range suhu keseluruhan untuk semua tipe dari -55 o C sampai +150 o C Cocok untuk aplikasi jarak jauh Bekerja pada 4 sampai 30 volt Arus catu kurang dari 60 µa Pemanasan diri rendah, 0.08 o C pada udara yang diam Persentase non-linier hanya + ¼ o C Impedansi keluaran rendah, 0.1 Ω untuk beban 1 ma E. MikrokontrolerAVR Atmega 16 Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor di mana di dalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal lainya yang sudah saling terhubung dan terorganisai (terlamati) dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai.sehingga kita tinggal memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik pembuatnya. (Ardi Winoto, Mikrokontroler AVR ATmega8/ 16/ 32/ 8535 dan Pemogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR). III. PERANCANGAN SISTEM A. Skema Perancangan Sistem Pada gambar 6 dapat di jelaskan sebagai berikut 1. Sensor asap TGS 2600 berfungsi untuk mendeteksi senyawa karbonmonoksida (CO) dalam asap rokok yng berada pada ruangan 2. Sensor suhu LM 35 berfungsi untuk mendeteksi suhu yang berada pada ruangan 3. Mikrokontroler ATMega 16 merupakan komponen utama dalam sistem, yang berfungsi sebagai pusat pengendali berbagai macam peripheral yang terhubung pada sistem ini, yaitu, sensor asap TGS 2600, Sensor suhu LM 35, LCD dan fan dc. Komponen ini bekerja sesuai dengan perintahperintah yang telah di program sebelumnya. 4. Driver Fan berfungsi sebagai rangkaian untuk mengendalikan aktif tidaknya fan dc, yang di picu dari sinyal output mikrokontroler 5. Pada sisi dingin dari elemen peltier di tempelkan Fan dc 1 yang berfungsi sebagai pongkondisi suhu pada ruangan apabila suhu sudah melebihi set point suhu yang telah di atur. 6. Fan dc 2 berfungsi sebagai pembuangan asap rokok

4 4 LCD 2x16 karakter 5 V DC Vss Vcc Vee Rs Rw E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 LED+ LED PORT A0 Ground +5Vdc PortD.0 Gambar 7. Skema rangkaian untuk mengfungsikan sensor TGS 2600 PortD.1 PORT A1 PortD.2 PortD.4 PortD.5 PortD.6 PortD.7 Gambar 9. Rangkaian Skematik LCD Gambar 8. Skema Rangkaian Sensor Suhu B. Perancangan Sensor Asap Pada perancangan sistem ini, sensor yang digunakan untuk mendeteksi asap rokok adalah sensor gas tipe TGS2600 produksi FIGARO dimana dalam perancangan ini sensor mendeteksi gas polutan yang dikeluarkan oleh asap rokok. Rangkaian dasar sensor gas disajikan pada gambar 7. Tegangan (Vc) digunakan memberi energi elemen sensor yang mempunyai hambatan (Rs) antara dua elektroda sensor dan terhubung secara serial dengan resistor (RL). Sinyal sensor diukur secara tidak langsung melalui perubahan tegangan yang melewati hambatan RL. Nilai Rs diperoleh dari persamaan (1). Dalam hal ini, (1) R L = hambatan antara kedua elektroda pada sensor (Ohm) V C = tegangan rangkaian (Volt) V RL = tegangan keluaran (Volt) R S = hambatan variabel sensor (Ohm). Pada prinsipnya penggunaan sensor TGS 2600 menggunakan prinsip pembagi tegangan untuk tegangan outputnya, ini dikarenakan sensor TGS 2600 merespon kadar karbonmonoksida dalam asap rokok dengan perubahan tahanan yang terjadi pada sensor. Oleh sebab itu, rangkaian pengkondisian sinyal berprinsip sebagai rangkaian pengkondisian sinyal. Di bawah ini merupakan rangkaian pengkondisian sinyal dari sensor TGS Pada gambar 7 terdapat beberapa titik hubungan yaitu Vc, V H, GND dan V RL. Titik-titik ini mempunyai fungsi masingmasing, berikut fungsi-fungsinya : 1. V C merupakan suplai tegangan untuk sirkuit sensor dan membutuhkan tegangan DC maksimum 24 volt, tetapi tegangan DC yang di gunakan sebesar 5 Volt DC. 2. V H merupakan suplai tegangan untuk heater dan membutuhkan DC stabil sebesar 5 volt DC atau AC dengan toleransi tegangan 0,2. 3. V RL merupakan titik output tegangan analog dari sensor 4. R S merupakan resistansi sensor, yang akan berubah apabila sensor mendeteksi adanya senyawa karbonmonoksida 5. R L merupakan resistansi beban, yang berfungsi sebagai pembagi tegangan C. Perancangan Sensor Suhu Sensor yang digunakan adalah IC LM35DZ yang dapat mendeteksi perubahan suhu dan merubahnya menjadi sinyal listrik berupa tegangan dc sebesar 10 mv per derajat celcius. D. Perancangan Tampilan LCD Tampilan LCD telah menjadi bentuk kit dengan 16 pin. Pinpin ini nantinya dihubungkan ke mikrokontroler sebagai monitor dari rangkaian input. Berdasarkan hubungan pin dari LCD ke mikrokontroler dapat diklasifikasikan sifat pin tersebut, dimana pin D4-D7 adalah sebagai data, pin 4-6 adalah kontrol dan pin 1-3 adalah catu daya. Pin15 dan 16 adalah kaki anoda dan katoda dari LED yang menentukan tingkat kecerahan dari LCD. (Gambar 9)

5 5 TABEL I PENGUKURAN SENSOR ASAP TGS 2600 Konsentrasi CO (PPM) Tegangan Keluaran Sensor (V) 70 2, , , , , ,43 Gambar 10. Rangkaian Driver Fan. E. Perancangan Driver Fan Untuk mengendalikan kerja kipas, perintah dari mikrokontroler dimasukkan terlebih dahulu ke dalam rangkaian driver berupa transistor switching. Berdasarkan gambar 10 dapat dilihat dimana digunakan satu buah driver fan yang digunakan sebagai switch pada kipas. Rangkaian driver fan dapat dilihat pada gambar 10. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengukuran Sensor Asap (TGS2600) Sensor TGS 2600 memiliki parameter sebagai acuan untuk memfungsikan sensor tersebut, dimana sensor ini membutuhkan tegangan kerja sirkuit (V C ), tegangan pemanas (V H ), dan tahanan beban (R L ). Untuk memfungsikan sensor TGS 2600 ini harus menurut spesifikasi sebagai berikut : V C = 5 V DC V H = 5 V DC R L = 10 KΩ Dari spesifikasi tersebut yang di gunakan sebagai tegangan masukan dari sensor dan tahanan beban, maka tegangan yang keluar dari sensor tersebut akan berubah-ubah sesuai dengan kadar CO yang di deteksi oleh sensor. Kemudian tegangan yang keluar dari sensor tersebut di hubungkan pada input ADC dari mikrokontroler ATMega 16, dan kemudian akan di tampilkan pada LCD. Tabel I adalah tabel hasil pengukuran tegangan keluaran pada sensor berdasarkan konsentari gas yang di tampilkan pada LCD. B. Pengukuran Sensor Suhu (LM35) Untuk pengukuran sensor suhu, dilakukan pengukuran terhadap tegangan keluaran dari sensor dengan tampilan suhu pada LCD. Pengukuran ini dilakukan pada kisaran 30 0 C sampai 40 0 C. Keluaran tegangan IC sensor suhu LM 35 adalah tegangan DC sebesar 10mV/ 0 C, oleh karena itu T pada sensor dapat ditentukan melalui V OUT sensor/10mv. Hasil pengukuran sensor suhu dapat dilihat pada tabel II. TABEL II PENGUKURAN SENSOR SUHU T ( 0 C) V OUT (mv) C. Pengukuran Sensor Asap terhadap Fan Fan merupakan output dari sistem ini, dimana ketika sensor mendeteksi adanya senyawa CO maka sensor akan mengirimkan sinyal ke mikrokontroler, dan kemudian di proses, apabila kadar CO yang di deteksi melebihi batas aman yang di tentukan maka dan akan berputar untuk membuang asap dari ruangan. Dari data pada tabel III dapat dilihat bahwa, pada saat kadar CO kurang dari 80 PPM, maka fan belum bekerja, setelah kadar CO lebih dari 80 PPM makan fan akan berputar, tetapi putaran fan tidak terlalu cepat, karena masih dalam batas aman, ketika sensor mendeteksi kadar CO lebih dari 100 PPM maka fan akan berputar dengan cepat, karena kadar CO sudah melebihi batas aman untuk kesehatan manusia. Sedangkan waktu yang di perlukan untuk mengkondisikan ruangan dapat di liihat pada tabel IV, dimana untuk mengkondisikan ruangan terhadap gas CO hanya membutuhkan waktu yang singkat.

6 6 TABEL III PENGUKURAN SENSOR ASAP TERHADAP PUTARAN FAN Kadar CO (PPM) V Fan (V) Putaran Fan (RPM) 70 0, , , , , , TABEL IV WAKTU YANG DI PERLUKAN UNTUK MENGKONDISIKAN RUANGAN Kadar CO (PPM) Waktu (S) TABEL V PENGUKURAN SENSOR SUHU TERHADAP PUTARAN FAN Suhu ( o C) V Fan (V) 30 10, , , , , , , , , , , , , , , ,81 D. Pengukuran Sensor Suhu terhadap Fan Pada pengukuran ini kecepatan putaran dari fan tidak berubah-ubah, jadi ketika suhu pada ruangan lebih dari 30 o C maka fan akan berputar dengan cepat untuk mengkondisikan ruangan pada suhu yang nyaman. Hasil pengukuran sensor suhu terhadap putaran fan dapat dilihat pada tabel V. DAFTAR PUSTAKA [1] Figaro Engineering Incorporatio,. Version Change Of FIC93619A to FIC02667, tersedia di: Tanggal akses 09November 2009 [2] C.D.Giancoli, Fisika, edisi kelima, jilid 1, terjemahan Dra. Hanum, Yuhilza, M. Eng. Jakarta: Erlangga [3] P.A.Malvino, Ph.D, Prinsip-Prinsip Elektronik, Jilid 1, terjemahan M. Barmawi dan M. O Tjian, Ph. D, PT. Erlangga, Jakarta, [4] P.A. Malvino, Ph.D, Prinsip-Prinsip Elektronika, Edisi Ketiga, PT. Erlangga, Jakarta, [5] R.M. Umami, Perancangan dan pembuatan alat pengendali Asap rokok berbasis mikrokontroler at89s8252, Malang, [6] R. Umboh, Perancangan alat pendinginan portable menggunakan elemen peltier, Manado, [7] A. Winoto, Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR, Bandung: Informatika, V. KESIMPULAN Dari hasil penelitian dan pembahasan tentang alat pengkondisi udara pada ruangan dapat disimpulkan bahwa: 1. Perbandingan antara konsentrasi gas CO dengan tegangan keluaran sensor bersifat linear, dimana semakin banyak konsentrasi gas CO, maka tegangan keluaran sensor akan semakin besar. 2. Perbandingan antara suhu dan tegangan keluaran sensor suhu bersifat linear, dimana 1 o C setara 10 mv. 3. Fan yang menjadi output dari sensor asap TGS 2600, akan berputar dengan cepat ketika kadar gas CO lebih dari 100 PPM, sedangkan fan yang menjadi output dari sensor suhu LM 35 akan berputar ketika suhu lebih dari 30 o C. 4. Waktu yang di butuhkan untuk membersihakan ruangan terhadap gas CO dengan konsentrasi gas 80 PPM adalah 1,04 detik, 90 PPM adalah 13,45 detik, 100 ppm adalah 24,88 detik, 110 PPM adalah 29,74 detik, 120 PPM adalah 37,81 detik